(57)【要約】 【課題】データの多重記録時に記録目的の干渉縞以外の不要な干渉縞が記録されることを低減して記録ノイズを減少させ、Ｓ／Ｎの良好な再生データを得ること。【解決手段】空間変調器５に表示する各データページをホログラム記録材料５０に多重記録する毎に、位相変調光学部品１２を移動させて信号光１００の位相変調状態を変化させる。これにより、各多重記録に用いる信号光間の位相を異ならせてその相関関係を減らすことができる。信号光間の相関関係が減れば、ある信号光と参照光を用いて多重記録する際に、不必要な信号が記録される度合いを減らすことができ、記録ノイズを低減させることができ、再生データのＳ／Ｎを減らすことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光と強度変調された信号光との干渉縞複数個をホログラム記録材料の同一領域或いは僅かずつシフトした領域に多重記録するホログラム記録装置であって、
前記強度変調前或いは後の信号光の位相を変調させる位相変調手段と、
前記位相変調手段の位相分布を多重記録する毎に変化させて前記多重記録する際に用いる各信号光の位相が相互に異なるように変調する制御手段と、
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
前記位相変調手段の位相分布は各多重記録毎に用いる信号光間の位相相関関係を低くするか、ほぼゼロとするように多重記録する毎に変化させることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
前記位相変調手段は、信号光を強度変調する空間変調器に密着或いは近接して配置される位相変調光学部品、或いは信号光光学系の前記空間変調器に対して結像関係にある位置に配置される位相変調光学部品であることを特徴とする請求項１または２記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記位相変調光学部品は、表面の凹凸、若しくは屈折率の変化により、前記信号光の位相を変化させることを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記位相変調光学部品は、位相分布が異なる各種パターンを表示可能なランダム位相マスクであり、表示したパターンにより前記信号光の位相を変化させることを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
前記位相変調光学部品は、画素構造を持たないことを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記位相変調光学部品の位置移動を制御することにより前記位相変調手段の位相分布を変化させることを特徴とする請求項３または４項記載のホログラム記録装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記ランダム位相マスクに表示するパターンの形態を制御することにより前記位相変調手段の位相分布を変化させることを特徴とする請求項５記載のホログラム記録装置。
【請求項９】
前記多重記録は角度多重記録であることを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載のホログラム記録装置。
【請求項１０】
参照光と強度変調された信号光との干渉縞複数個をホログラム記録材料の同一領域或いは僅かずつシフトした領域に多重記録するホログラム記録方法であって、
前記多重記録する際に用いる各信号光の位相が相互に異なるように、前記多重記録する毎に信号光の位相変調状態を変えることを特徴とするホログラム記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２光束の干渉縞をホログラム記録材料に記録するホログラム記録装置及び方法に係り、特に記録時に既に記録されている干渉縞に起因して発生するノイズの低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行うホログラフィックデータストレージシステムが提案されている。このようなホログラフィックデータストレージシステムでは、記録密度向上のために、多重記録という手法が用いられる。これは、従来の記録と異なり、１箇所に多数の独立なページを記録するというものである。このような多重記録方式の代表的なものとしては、角度多重記録、シフト多重記録、位相コード多重記録などであるが、その他スペックル多重など各種の方式が知られている。このような多重記録を用いるとホログラフィックストレージ技術の記録容量は、計算上かなり大きいものになるが、実際は記録時のノイズによって容量が上げられないのが現状である。
【０００３】
ここで、ホログラム記録する際、図５から分かるように、ホログラム記録材料上の光は原点付近に強い強度を持ち、それ以外の部分の光強度は弱いということが分かる。尚、原点付近の強い強度成分のことをＤＣ成分と呼ぶ。このような不均一な分布が生じることは、強度変調のみを行う空間変調器（ＳＬＭ）を用いた場合のＤＣ成分の問題として知られている。このような不均一性があるとホログラム記録時に様々な問題を起こすことが知られており、それに対する対策もいくつか提案されてきた（例えば非特許文献１）。
【０００４】
そのような対策のひとつとして、ランダム位相マスク若しくは位相拡散板を用いる方法がある。この方法は、例えばＳＬＭの画素ピッチと同じピッチで、位相差が０とπのランダムなパターンを持つような光学部品をＳＬＭの画素に一致させて、光を拡散させるというものである。この、位相差が０とπのランダムなパターンを持つような光学部品を位相拡散板と呼ぶ。このようにして光を拡散すると記録材料上で光の分布が均一になり、記録特性が大幅に改善される。しかしながら、位相拡散板を用いると、ＤＣ成分の問題は解決されるが、一方で画像のノイズが増えることが知られている（例えば非特許文献２）。
【０００５】
このノイズの原因のひとつについて以下に説明する。角度多重記録では、図６（Ａ），図６（Ｂ）に示すように、参照光の角度を変えながら信号光との干渉縞をホログラム記録材料５０内の同一記録領域に多重記録するが、図６（Ａ）は信号光１０１と参照光２０１の干渉縞がホログラム記録材料５０内に１多重記録され、図６（Ｂ）は信号光１０２と参照光２０２の干渉縞がホログラム記録材料５０内に２多重記録されている。このような多重記録をした場合、記録信号の他に様々なノイズが記録されるが、次にその大きな原因のひとつについて説明する。
【０００６】
図７において、干渉縞４−１は信号光１０１と参照光２０１との干渉縞であり、干渉縞４−２は信号光１０２と参照光２０２との干渉縞を示ものとする。この二つの干渉縞は本来必要なものである。一方、不要な干渉縞の発生理由を図８を用いて説明する。まず、干渉縞４−１をホログラム記録材料５０に記録した後、信号光１０２及び参照光２０２をホログラム記録材料５０に照射して干渉縞４−２を記録する。その際に、信号光１０２を照射すると、信号光１０２はホログラム記録材料５０に既に記録されている干渉縞４−１によって回折される。信号光１０１と信号光１０２が全く同一なら、この回折により参照光２０１と同じ光が発生する。このようにして発生してしまった参照光２０１と同じ光は再び既に記録されている干渉縞４−１により回折され、今度は信号光１０１と同じ光を発生させることになる。このようにして発生してしまった信号光１０１と同じ光は、今度は参照光２０２と干渉し、その結果として、干渉縞４−２の他に、不要な干渉縞５−１が記録される。尚、上記では説明の都合上、信号光１０１と信号光１０２が全く同一であると言う仮定を置いたが、実際は両信号光の相互相関関係に比例した強度で参照光２０１と同じ光の発生が起こる。
【非特許文献１】Holographic Data Storage;H.J.Coufal,D.Psaltis,G.T.Sincerbox ED;Springer; p.259-269 Beam Conditioning Techniques for Holographic Recording Systems
【非特許文献２】Holographic Data Storage;H.J.Coufal,D.Psaltis,G.T.Sincerbox ED;Springer; p.259-269 Beam Conditioning Techniques for Holographic Recording Systems のp.264
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように角度多重方式によりホログラム記録材料内５０に、干渉縞４−１，４−２を記録すると、不要な干渉縞５−１も記録されてしまう。このように多重記録されたホログラム記録材料５０内に記録時と同一の参照光２０２を当てて再生すると、干渉縞４−２の回折光であり、本来必要な信号光１０２以外に、干渉縞５−１の回折光である不要な信号光１０１もノイズ成分として再生されることが分かる。角度多重方式によりホログラム記録材料５０内にｎ多重記録すると、同一の状況が各多重露光時に起きるため、さらに多数のノイズ成分が足し合わされてＳ／Ｎの大幅な低下が起こることになる。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、データの多重記録時に記録目的の干渉縞以外の不要な干渉縞が記録されることを低減して記録ノイズを減少させ、Ｓ／Ｎの良好な再生データを得ることができるホログラム記録装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、参照光と強度変調された信号光との干渉縞複数個をホログラム記録材料の同一領域或いは僅かずつシフトした領域に多重記録するホログラム記録装置であって、前記強度変調前或いは後の信号光の位相を変調させる位相変調手段と、前記位相変調手段の位相分布を多重記録する毎に変化させて前記多重記録する際に用いる各信号光の位相分布が相互に異なるように変調する制御手段を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記位相変調手段の位相分布は各多重記録毎に用いる信号光間の位相相関関係を低くするか、ほぼゼロとするように多重記録する毎に変化させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の前記位相変調手段は、信号光を強度変調する空間変調器に密着或いは近接して配置される位相変調光学部品、或いは信号光光学系の前記空間変調器に対して結像関係にある位置に配置される位相変調光学部品であることを特徴とする。
【００１２】
このように本発明では、ノイズの原因はあるページの記録に必要な信号光をホログラム記録材料に入射したときに、この信号光が既記録のデータを記録したときに用いた信号光と相関関係がある場合、その相関関係に応じて不必要な信号（干渉縞）が記録されてしまうことにある。そこで、各ページを多重記録する毎に、位相変調手段により信号光の位相を変調する状態を変化させて、各多重記録に用いる信号光間の位相を異ならせてその相関関係を減らすことにより、不必要な信号が記録される度合いを減らして、記録ノイズを低減させることができる。理想的には、各ページの記録に用いる信号間の位相相関関係がほぼゼロになることが望ましく、その場合は上記した記録ノイズをほぼゼロにすることができる。実際には、位相変調手段である位相変調光学部品を各ページ毎に移動させながら記録することで各多重記録に用いる信号光間の位相を異ならせることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ホログラムを記録材料に多重記録する際に用いる各信号光の位相が相互に異なるように、多重記録する毎に信号光の位相変調状態を変え、これにより多重記録に用いる信号光間の相関関係を低くするか、若しくはほぼゼロにすることで、データの多重記録時に記録目的の干渉縞以外の不要な干渉縞が記録されることを低減して記録ノイズを減少させることができる。それ故、Ｓ／Ｎの良好なデータを再生することができる。
また、ノイズが抑えられた結果、従来よりも多重度を増やしても充分なＳ／Ｎが得られ、したがって、ホログラムストレージの記録容量を向上させることができる。
更に、ノイズが抑えられた結果、従来よりも１ページあたりの情報量を増やすことが出来、その結果として、データの転送レートを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
データの多重記録時に記録目的の干渉縞以外の不要な干渉縞が記録されることを低減して記録ノイズを減少させ、Ｓ／Ｎの良好な再生データを得る目的を、ホログラムを記録材料に多重記録する際に用いる各信号光の位相分布が相互に異なるように、多重記録する毎に信号光の位相変調状態を変えることにより、多重記録に用いる信号光間の相関関係を低くするか、若しくはほぼゼロにすることによって実現した。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置の構成を示した概略図である。ホログラム記録装置は、レーザ光を発生するレーザ光源１、シャッター２、ビームスプリッター３、ミラー４、位相変調光学部品１２、空間変調器（ＳＬＭ）５、信号光光学系を構成するレンズ６、回転ミラー８、参照光光学系を構成するレンズ１３、再生光光学系を構成するレンズ９、撮像装置１０、及び記録再生動作や装置全体を制御するシステム制御部２０を有して構成される。尚、システム制御部２０は、角度多重記録する際の位相変調光学部品の移動、空間変調器５へのデータページの表示、回転ミラー８の回転角度変化などの各種制御を行うが、以下の説明において、システム制御部２０の動作について一々言及しない。
【００１６】
次に本実施形態の記録再生動作について説明する。レーザ光源１から出射された干渉性を持つレーザ光はシャッター２を通してビームスプリッター３に入射し、信号光１００と参照光２００に分岐される。信号光１００はミラー４及び位相変調光学部品１２を介して空間変調器５に入射され、位相変調光学部品１２によって位相変調されると共に、データページを表示した空間変調器５で強度変調される。変調された信号光はレンズ６によりホログラム記録材料５０に集光される。一方、参照光２００は回転ミラー８、レンズ１３を介してホログラム記録材料５０を照射するため、ホログラム記録材料５０内において、この信号光１００と参照光２００が重ね合わされて、その結果形成される干渉縞がホログラム記録材料５０に記録される。その際、回転ミラー８の回転角を変化させてホログラム記録材料５０へ入射角度を変化させる毎に、空間変調器５に表示するデータページを変えると共に、位相変調光学部品１２の位相分布状態を変えることにより、ホログラム記録材料５０の同一の記録領域（ブック）にデータが角度多重記録される。
【００１７】
ホログラム記録材料５０に多重記録されたデータを再生するには、参照光２００と同一の再生光をホログラム記録材料５０に入射させることにより、ホログラム記録材料５０に記録されている干渉縞に対応する回折光としてデータが再生され、この回折光（再生光）がレンズ９によりＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像装置１０に結像される。撮像装置１０は受光した回折光を光電変換し、得られた受光信号はシステム制御部２０により解析されて画像データとして再生される。その際に、回転ミラー８を回転させて参照光２００のホログラム記録材料５０への入射角度を変化させる毎に、多重記録されたデータが順次再生される。
【００１８】
上記のように本実施形態では、データを多重記録する際に、信号光１００の位相を位相変調光学部品１２により変化させているが、以下これについて説明する。この位相変調光学部品１２は、図２に示すように、ＳＬＭ５に密接して配置しても良いし、図３のようにＳＬＭ５を通った信号光が４ｆ系のレンズ１４、１５によって信号光光学系内で結像する位置に配置しても良い。いずれにしても、信号光１００は多重記録する毎に、位相変調光学部品１２により信号光間の位相状態が相互に異なるように位相変調される。
【００１９】
したがって、図６において、信号光１０１と信号光１０２では、位相変調光学部品１２により変調された位相状態が異なることになる。それ故、角度多重で、信号光１０１と参照光２０１の干渉縞４−１を図７に示すようにホログラム記録材料５０に記録した後、次のデータページを記録すべく、信号光１０２と参照光２０２をホログラム記録材料５０に照射すると、信号光１０２はホログラム記録材料５０に既に記録されている干渉縞４−１によって回折される。しかしながら、信号光１０１と信号光１０２はその位相分布が異なるため、相関関係は非常に小さいか、ほぼゼロである。そのため、信号光１０１が干渉縞４−１によって回折されて発生する参照光２０１と同一の光の強度は非常に小さいか、ほぼゼロである。このため、この光が干渉縞４−１によって回折されて発生する信号光１０１と同一の光の強度は非常に小さいか、ほぼゼロである。それ故、信号光１０１と同一の光と参照光２０２の干渉縞（ノイズ）５−１の強度は非常に小さいか、ほぼゼロと言える。したがって、再生時に、参照光２０２を照射しても、信号光１０１と同一の光であるノイズはほとんど再生されず、目的の信号光１０２が再生されることになる。
【００２０】
図４は図１に示したシステム制御部２０による記録時の制御動作を示したフローチャートである。システム制御部２０は、ステップＳ１でＳＬＭ５にデータページを表示した後、ステップＳ２で、シャッター２を開けて信号光１００と参照光２００をホログラム記録材料５０に照射して露光する。その後、シャッター２を閉めてから、ステップＳ３で回転ミラー８の角度を変化させて、次の露光時の参照光２００のホログラム記録材料５０への入射角度を変化させると共に、ステップＳ４で位相変調光学部品１２を回転移動させて信号光１００を位相変調して付与する位相を変化させる。次にステップＳ５で指定多重度に到達したかどうかを判定し、到達しない場合は、ステップＳ１の処理に戻り、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返して、ひとつのブックに角度多重記録する。ステップＳ５で指定多重度に到達したと判定されると、当該ブックへの記録動作を終了する。
【００２１】
本実施形態によれば、角度多重記録する毎に、信号光１００に位相変調光学部品１２により付与する位相を変化させることにより、角度多重記録するデータページ毎の信号光１００間の相関関係を非常に低いものにするか、ほぼゼロにすることによって、本来記録すべき信号光以外に発生する疑似信号光の強度を非常に小さくするか、ほぼゼロにすることによって、記録時のノイズを著しく低減することができる。
【００２２】
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。上記実施形態で説明した位相変調光学部品１２としては、位相変調型液晶パネルを用いたＳＬＭ（ランダム位相マスク）でも良いし、表面の凹凸や屈折率の変化を用いた物でも良い。また、この表面凹凸や屈折率変化を利用した位相変調光学部品１２の中でも２階調のものから他階調、連続階調まで、さまざまなものを使用することができる。実際に各データページ毎の位相相関関係をほぼゼロにする方法として、位相変調型液晶パネルと位相コード多重でよく用いられるアダマールコードを組み合わせることで実現することもできる。また、例えば、表面の凹凸がランダムであるような固定位相マスクを移動させながら使うことで各データページ毎の位相相関関係をほぼゼロにすることができる。
【００２３】
また、信号光のＤＣ成分の問題を最も簡単に解決するためには、データページを表示するＳＬＭの画素と同じ（もしくは整数倍）ピッチを持つ２値のランダム位相マスクを作成して用いれば良く、このような位相マスクを本発明の目的のために流用すれば、ＤＣ成分による記録材料のダイナミックレンジの減少防止と共に、記録時のノイズの低減を図ることができ、一石二鳥であるが、本発明の記録ノイズ低減のため、位相マスクを移動させながら使う場合は、移動量を正確に画素ピッチの整数倍だけ動かす必要があり、高い精度が要求される。従って、本発明の目的のためには、画素構造を持たない、位相マスクを用いることが望ましい。このような位相マスクの例として、連続値のマスクなどが考えられる。  
【００２４】
さらに、上記実施形態では、本発明を角度多重方式のホログラム記録媒体に適用した例について説明したが、スペックル多重や位相コード多重などの各種多重方式に適用して同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置の構成を示した概略図である。
【図２】図１に示した位相変調光学部品の挿入例を示した詳細図である。
【図３】図１に示した位相変調光学部品の他の挿入例を示した詳細図である。
【図４】図１に示したシステム制御部の記録制御動作手順を示したフローチャートである。
【図５】ホログラム記録材料上の光強度分布を示した特性図である。
【図６】角度多重記録により信号光と参照光の干渉縞が記録される様子を示した説明図である。
【図７】既に干渉縞が記録されているホログラム記録材料に次の干渉縞を記録する様子を説明する図である。
【図８】ホログラム記録材料に角度多重記録する際に不要な干渉縞が記録される様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１……レーザ光源、２……シャッター、３……ビームスプリッター、４……ミラー、５……空間変調器（ＳＬＭ）、６、９、１３、１４、１５……レンズ、８……回転ミラー、１０……撮像装置、１２……位相変調光学部品、２０……システム制御部、５０……ホログラム記録材料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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